Neurala qubits eller hur hjärnans kvantdator fungerar

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

De fysikaliska processer som förekommer i membranen hos neuroner i det hypersoniska området indikeras. Det har visat sig att dessa processer kan tjäna som grund för bildandet av nyckelelement (qubits) i en kvantdator, som är hjärnans informationssystem. Det föreslås att skapa en kvantdator baserad på samma fysiska principer som hjärnan arbetar på.

Materialet presenteras som en hypotes.

Introduktion. Formulering av problemet

Detta arbete är avsett att avslöja innehållet i den slutliga (nr 12) slutsatsen av det tidigare arbetet [1]: "Hjärnan fungerar som en kvantdator, där funktionen av qubits utförs av koherenta akustoelelektriska svängningar av sektioner av myelinskidan hos neuroner, och kopplingen mellan dessa sektioner utförs på grund av icke-lokal interaktion genom NR¹-direkt".

Den grundläggande idén som ligger till grund för denna slutsats publicerades för ett kvartssekel sedan i tidskriften "Radiofizika" [2]. Kärnan i idén var att i separata sektioner av neutroner, nämligen i avlyssning av Ranvier, genereras koherenta akustoelelektriska svängningar med en frekvens på ~ 5 * 10¹⁰Hz, och dessa fluktuationer fungerar som den huvudsakliga informationsbäraren i hjärnans informationssystem.

Detta papper visar det akustoelelektriska oscillerande lägen i neuronernas membran kan utföra funktionen av qubits, på grundval av vilka arbetet i hjärnans informationssystem är byggt, som en kvantdator.

Mål

Detta arbete har 3 mål:

1) för att uppmärksamma arbetet [2], där det visades för 25 år sedan att koherenta hypersoniska svängningar kan genereras i neuronernas membran, 2) beskriv en ny modell av hjärninformationssystemet, som är baserad på närvaron av koherenta hypersoniska svängningar i neuronernas membran, 3) att föreslå en ny typ av kvantdator, vars arbete kommer att simulera arbetet i hjärnans informationssystem i maximal utsträckning.

Verkets innehåll

Det första avsnittet beskriver den fysiska mekanismen för generering i membranen av neuroner av koherenta akustoelelektriska svängningar med en frekvens av storleksordningen 5 * 10¹⁰Hz.

Det andra avsnittet beskriver principerna för hjärninformationssystemet baserat på koherenta svängningar som genereras i neuronernas membran.

I det tredje avsnittet föreslås det att skapa en kvantdator som simulerar hjärnans informationssystem.

I. Naturen hos koherenta svängningar i neuronernas membran

Strukturen av en neuron beskrivs i alla monografier om neurovetenskap. Varje neuron innehåller en huvudkropp, många processer (dendriter), genom vilka den tar emot signaler från andra celler, och en lång process (axon), genom vilken den själv avger elektriska impulser (aktionspotentialer).

I framtiden kommer vi uteslutande att överväga axoner. Varje axon innehåller områden av 2 typer som växlar med varandra:

1. Ranviers avlyssningar, 2. myelinslidor.

Varje avlyssning av Ranvier är innesluten mellan två myeliniserade segment. Längden på avlyssningen av Ranvier är 3 storleksordningar mindre än längden på myelinsegmentet: längden på avlyssningen av Ranvier är 10^-4cm (en mikron), och längden på myelinsegmentet är 10^-1cm (en millimeter).

Ranviers avlyssningar är de platser där jonkanaler är inbäddade. Genom dessa kanaler kommer Na-jonerna⁺ och K⁺ penetrera in i och ut ur axonet, vilket resulterar i bildandet av aktionspotentialer. Man tror för närvarande att bildandet av aktionspotentialer är den enda funktionen av Ranviers avlyssningar.

Men i arbete [2] visades det att Ranviers avlyssningar kan utföra ytterligare en viktig funktion: i avlyssningarna av Ranvier genereras koherenta akustoelelektriska svängningar.

Genereringen av koherenta akustoelelektriska oscillationer utförs på grund av den akustoelelektriska lasereffekten, som realiseras i avlyssning av Ranvier, eftersom båda nödvändiga villkoren för implementering av denna effekt är uppfyllda:

1) närvaron av pumpning, med hjälp av vilken vibrationslägen exciteras, 2) närvaron av en resonator genom vilken återkopplingen utförs.

1) Pumpningen tillhandahålls av jonströmmar Na⁺ och K⁺flödar genom avlyssningarna av Ranvier. På grund av den höga tätheten hos kanalerna (10¹² centimeter^-2) och deras höga genomströmning (10⁷ jon / sek), är tätheten hos jonströmmen genom avlyssningarna av Ranvier extremt hög. Jonerna som passerar genom kanalen exciterar vibrationslägena hos underenheterna som bildar den inre ytan av kanalen, och på grund av lasereffekten är dessa lägen synkroniserade och bildar koherenta hypersoniska svängningar.

2) Funktionen hos en resonator, som skapar en distribuerad återkoppling, utförs av en periodisk struktur, som finns i myelinhöljena, mellan vilka avlyssningarna av Ranvier är inneslutna. Den periodiska strukturen skapas av lager av membran med en tjocklek på d ~ 10^-6 centimeter.

Denna period motsvarar en resonansvåglängd λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm och frekvens ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sek - hastighet för hypersoniska vågor.

En viktig roll spelas av det faktum att jonkanaler är selektiva. Kanalernas diameter sammanfaller med jonernas diameter, så jonerna är i nära kontakt med underenheterna som kantar kanalens inre yta.

Som ett resultat överför jonerna det mesta av sin energi till dessa underenheters vibrationslägen: jonernas energi omvandlas till vibrationsenergin hos underenheterna som utgör kanalerna, vilket är den fysiska orsaken till pumpningen.

Uppfyllelsen av båda nödvändiga villkoren för realiseringen av lasereffekten innebär att Ranviers avlyssningar är akustiska lasrar (nu kallas de "sasers"). En egenskap hos sasers i neuronala membran är att pumpningen utförs av en jonström: Ranvier-avlyssningar är sasers som genererar koherenta akustoelelektriska svängningar med en frekvens på ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

På grund av lasereffekten exciterar jonströmmen som passerar genom avlyssningarna av Ranvier inte bara vibrationslägena hos molekylerna som utgör dessa avlyssningar (vilket skulle vara en enkel omvandling av jonströmmens energi till termisk energi): i avlyssningar av Ranvier, synkroniseras de oscillerande lägena, vilket resulterar i att koherenta svängningar av resonansfrekvensen bildas.

Svängningarna som genereras i Ranviers avlyssningar i form av akustiska vågor av hypersonisk frekvens fortplantar sig in i myelinhöljena, där de bildar ett akustiskt (hypersoniskt) "interferensmönster", som fungerar som en materiell bärare av hjärnans informationssystem

II. Hjärnans informationssystem, som en kvantdator, vars qubits är akustoelelektriska vibrationslägen

Om slutsatsen om närvaron av högfrekventa koherenta akustiska svängningar i hjärnan överensstämmer med verkligheten, är det mycket troligt att hjärnans informationssystem fungerar på basis av dessa svängningar: ett så rymligt medium måste verkligen användas för att registrera och återge information.

Närvaron av koherenta hypersoniska vibrationer gör det möjligt för hjärnan att arbeta på samma sätt som en kvantdator. Låt oss överväga den mest sannolika mekanismen för att realisera en "hjärna" kvantdator, där elementära celler av information (qubits) skapas på basis av hypersoniska oscillerande lägen.

En qubit är en godtycklig linjär kombination av bastillstånd | Ψ₀> och | Ψ₁> med koefficienter α, β som uppfyller normaliseringsvillkoret α² + p² = 1. I fallet med vibrationslägen kan bastillstånden skilja sig åt med någon av de 4 parametrarna som kännetecknar dessa lägen: amplitud, frekvens, polarisation, fas.

Amplitud och frekvens används förmodligen inte för att skapa en qubit, eftersom dessa två parametrar är ungefär likadana i alla områden av axonerna.

Den tredje och fjärde möjligheten kvarstår: polarisering och fas. Qubits baserade på polarisation och fasen av akustiska vibrationer är helt analoga med qubits där polarisationen och fasen av fotoner används (att ersätta fotoner med fononer har ingen grundläggande betydelse).

Det är troligt att polarisering och fas används tillsammans för att bilda akustiska qubits i hjärnans myelinnätverk. Värdena för dessa 2 kvantiteter bestämmer typen av ellips som oscillerande läget bildar i varje tvärsnitt av axon myelinskidan: grundtillstånden för akustiska qubits i en kvantdator i hjärnan ges av elliptisk polarisation.

Antalet axoner i hjärnan matchar antalet neuroner: cirka 10¹¹… Ett axon har i genomsnitt 30 myelinsegment, och varje segment kan fungera som en qubit. Detta innebär att antalet qubits i hjärnans informationssystem kan nå 3 * 10¹².

Informationskapaciteten för en enhet med ett sådant antal qubits motsvarar en konventionell dator, vars minne innehåller 2^{3 000 000 000 000}bitar.

Detta värde är 10 miljarder storleksordningar större än antalet partiklar i universum (10⁸⁰). En så stor informationskapacitet hos hjärnans kvantdator gör att du kan spela in en godtyckligt stor mängd information och lösa eventuella problem.

För att spela in information behöver du inte skapa en speciell inspelningsenhet: information kan lagras på samma medium som informationen bearbetas med (i kvanttillstånd av qubits).

Varje bild och till och med varje "nyans" av en bild (med hänsyn till alla sammankopplingar av en given bild med andra bilder) kan associeras med en punkt i Hilbert-rymden, vilket återspeglar en uppsättning tillstånd av qubits i en kvantdator i hjärnan. När en uppsättning qubits är på samma punkt i Hilberts rymd, "blinkar" denna bild i medvetandet och den reproduceras.

Intrassling av akustiska qubits i en kvantdator i hjärnan kan åstadkommas på två sätt.

Det första sättet: på grund av närvaron av nära kontakt mellan delarna av myelinnätverket i hjärnan och överföringen av intrassling genom dessa kontakter.

Det andra sättet: intrassling kan uppträda som ett resultat av flera upprepningar av samma uppsättning vibrationslägen: korrelationen mellan dessa lägen blir ett enda kvanttillstånd, mellan de element av vilka en icke-lokal förbindelse upprättas (förmodligen, med hjälp av NR¹- raka linjer [1]). Närvaron av en icke-lokal anslutning gör att hjärnans informationsnätverk kan utföra konsekventa beräkningar med hjälp av "kvantparallellism".

Det är denna egenskap som ger hjärnans kvantdator extremt hög beräkningskraft.

För att hjärnans kvantdator ska fungera effektivt finns det inget behov av att använda alla 3 * 10¹² potentiella qubits. Driften av en kvantdator kommer att vara effektiv även om antalet kvantbitar är cirka tusen (10³). Detta antal qubits kan bildas i en axonbunt, sammansatt av endast 30 axoner (varje nerv kan vara en "mini" kvantdator). Således kan en kvantdator uppta en liten del av hjärnan, och många kvantdatorer kan existera i hjärnan.

Huvudinvändningen mot den föreslagna mekanismen för hjärninformationssystemet är den stora dämpningen av hypersoniska vågor. Detta hinder kan övervinnas av "upplysningseffekten".

Intensiteten hos de genererade vibrationslägena kan vara tillräcklig för utbredning i moden av självinducerad transparens (termiska vibrationer, som skulle kunna förstöra koherensen i vibrationsmoden, blir själva en del av denna vibrationsmod).

III. En kvantdator byggd på samma fysiska principer som den mänskliga hjärnan

Om hjärnans informationssystem verkligen fungerar som en kvantdator, vars qubits är akustoelelektriska lägen, är det fullt möjligt att skapa en dator som fungerar enligt samma principer.

Under de närmaste 5-6 månaderna tänker författaren lämna in en patentansökan för en kvantdator som simulerar hjärnans informationssystem.

Efter 5-6 år kan vi förvänta oss utseendet på de första proverna av artificiell intelligens, som arbetar i bilden och likheten av den mänskliga hjärnan.

Kvantdatorer använder kvantmekanikens mest allmänna lagar. Naturen "uppfann inte" några mer allmänna lagar, därför är det ganska naturligt att medvetandet fungerar på principen om en kvantdator, med maximala möjligheter att bearbeta och registrera information som naturen tillhandahåller.

Det är tillrådligt att genomföra ett direkt experiment för att upptäcka koherenta akustoelelektriska svängningar i hjärnans myelinnätverk. För att göra detta bör man bestråla delar av hjärnans myelinnätverk med en laserstråle och försöka detektera modulering med en frekvens på cirka 5 * 10 i transmitterat eller reflekterat ljus.¹⁰ Hz.

Ett liknande experiment kan utföras på en fysisk modell av ett axon, d.v.s. ett artificiellt skapat membran med inbyggda jonkanaler. Detta experiment kommer att vara det första steget mot att skapa en kvantdator, vars arbete kommer att utföras på samma fysiska principer som hjärnans arbete.

Skapandet av kvantdatorer som fungerar som en hjärna (och bättre än en hjärna) kommer att höja civilisationens informationsstöd till en kvalitativt ny nivå.

Slutsats

Författaren försöker uppmärksamma det vetenskapliga samfundet på arbetet för ett kvartssekel sedan [2], vilket kan vara viktigt för att förstå mekanismen i hjärninformationssystemet och identifiera medvetandets natur. Kärnan i arbetet är att bevisa att enskilda sektioner av neuronala membran (Ranvier-interceptions) fungerar som källor till koherenta akustoelelektriska oscillationer.

Den grundläggande nyheten i detta arbete ligger i beskrivningen av mekanismen genom vilken svängningarna som genereras i avlyssningarna av Ranvier används för driften av hjärnans informationssystem som en bärare av minne och medvetande.

Hypotesen är underbyggd att hjärnans informationssystem fungerar som en kvantdator, där funktionen av qubits utförs av akustoelelektriska oscillerande lägen i neuronernas membran. Arbetets huvuduppgift är att underbygga tesen att hjärnan är en kvantdator vars qubits är koherenta svängningar av neuronala membran.

Tillsammans med polarisering och fas är en annan parameter för hypersoniska vågor i neuronala membran som kan användas för att bilda qubits vridning (detta är 5^{och jag} karakteristiskt för vågor, vilket reflekterar närvaron av orbital vinkelmoment).

Skapandet av virvlande vågor innebär inga särskilda svårigheter: för detta måste spiralstrukturer eller defekter finnas på gränsen till Ranvier-avlyssningarna och myelinregionerna. Förmodligen finns sådana strukturer och defekter (och myelinslidorna i sig är spiralformiga).

Enligt den föreslagna modellen är den huvudsakliga informationsbäraren i hjärnan den vita substansen i hjärnan (myelinskidor), och inte den grå substansen, som man för närvarande tror. Myelinhöljena tjänar inte bara till att öka hastigheten för utbredning av aktionspotentialer, utan också den huvudsakliga bäraren av minne och medvetande: det mesta av informationen bearbetas i det vita, och inte i den grå substansen i hjärnan.

Inom ramen för den föreslagna modellen för hjärnans informationssystem hittar det psykofysiska problem som Descartes ställer en lösning: "Hur förhåller sig kropp och ande i en person?", med andra ord, vad är förhållandet mellan materia och medvetande?

Svaret är följande: ande finns i Hilberts rymd, men skapas av kvantkvantbitar som bildas av materiella partiklar som existerar i rum-tid.

Modern teknik kan reproducera strukturen i hjärnans axonala nätverk och kontrollera om hypersoniska vibrationer faktiskt genereras i detta nätverk, och sedan skapa en kvantdator där dessa vibrationer kommer att användas som qubits.

Med tiden kommer artificiell intelligens baserad på en akustoelelektrisk kvantdator att kunna överträffa de kvalitativa egenskaperna hos mänskligt medvetande. Detta kommer att göra det möjligt att ta ett fundamentalt nytt steg i mänsklig evolution, och detta steg kommer att tas av personens medvetande.

Det är dags att börja implementera den slutliga arbetsbeskrivningen [2]: "I framtiden är det möjligt att skapa en neurodator som kommer att fungera på samma fysiska principer som den mänskliga hjärnan.".

Slutsatser

1. I neuronernas membran finns koherenta akustoelelektriska svängningar: dessa svängningar genereras i enlighet med den akustiska lasereffekten i avlyssningarna av Ranvier och fortplantar sig in i myelinskidan

2. Koherenta akustoelelektriska svängningar i neuronernas myelinskidor utför funktionen av qubits, på grundval av vilka hjärnans informationssystem fungerar enligt principen om en kvantdator

3. Under de kommande åren är det möjligt att skapa artificiell intelligens, som är en kvantdator som arbetar efter samma fysiska principer som hjärnans informationssystem fungerar på

LITTERATUR

1. V. A. Shashlov, New model of the Universe (I) // "Academy of Trinitarianism", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 2018-11-20